1、第10講 加載、求解及后處理,李達(dá) 西南交通大學(xué)材料學(xué)院,2,10.1載荷 加載方式： 一是直接加載在節(jié)點(diǎn)與單元上； 二是加載在實(shí)體模型上,ANSYS加載與求解,分類： 一是邊界條件 二是實(shí)際外力,1 按不同領(lǐng)域劃分,結(jié)構(gòu)力學(xué)： 位移、集中力、壓力（分布力）、 溫度（熱應(yīng)力）、重力。熱學(xué)： 溫度、熱流率、熱源、對流、無限表面。磁學(xué)： 磁聲、磁通量、磁源密度、無限表面。電學(xué)： 電位、電流、電荷、電荷密度。流體力學(xué)： 速度、壓力。,4,自由度DOF - 定義節(jié)點(diǎn)的自由度（ DOF ） 值 (結(jié)構(gòu)分析_位移、熱分析_ 溫度、電磁分析_磁勢等) 集中載荷 - 點(diǎn)載荷 (結(jié)構(gòu)分析_力、熱分析_ 熱導(dǎo)率、

2、電磁分析_ magnetic current segments) 面載荷 - 作用在表面的分布載荷 (結(jié)構(gòu)分析_壓力、熱分析_熱對流、電磁分析_magnetic Maxwell surfaces等) 體積載荷 - 作用在體積或場域內(nèi) (熱分析_ 體積膨脹、內(nèi)生成熱、電磁分析_ magnetic current density等) 慣性載荷 - 結(jié)構(gòu)質(zhì)量或慣性引起的載荷 (重力、角速度等) 耦合場載荷-以上的組合,2 按特性劃分,10.2 有限元模型的加載,10.2.1 節(jié)點(diǎn)自由度的約束 1 普通約束：自由度的約束體現(xiàn)在位移上，通過給定三向坐標(biāo)值來約束。 對稱約束：可以是平面（關(guān)于線對稱），也可

3、以是三維（關(guān)于面對稱）。,3 反對稱約束,10.2.2 節(jié)點(diǎn)載荷的施加,10.2.3 單元載荷的施加,加載過程與節(jié)點(diǎn)載荷類似，不是所有載荷都可以 施加在單元上。比如結(jié)構(gòu)問題只有壓力和溫度 可以施加在單元上。,優(yōu)點(diǎn)：方便，當(dāng)改變單元和節(jié)點(diǎn)時無需重新施加，只需將載荷傳遞到有限元模型上。 缺點(diǎn)：對于初學(xué)者容易產(chǎn)生過約束 10.3.1 關(guān)鍵點(diǎn)上載荷的施加 1 約束關(guān)鍵點(diǎn) 2 定義集中外力(力，力矩),5. 3 實(shí)體模型的加載,9,關(guān)鍵點(diǎn)加載約束載荷,Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Keypoints,Expa

4、nsion option 可使相同的載荷加在位于兩關(guān)鍵點(diǎn)連線的所有節(jié)點(diǎn)上,拾取keypoints,例 要固定一邊，只要拾取關(guān)鍵點(diǎn)6、7,并設(shè)置 all DOFs = 0 和 KEXPND = yes.,10.3.2 線上載荷的施加,1 約束 2 定義分布力,10.3.3 面上載荷的施加,與以上類似,12,無論采取何種加載方式,加載到實(shí)體的載荷自動轉(zhuǎn)化到其所屬的節(jié)點(diǎn)或單元上,沿線的均布壓力,FEA 模型,以線為邊界的各單元上,施加載荷,13,將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型上,說明: 只有到求解初始化時，才將模型中的載荷自動轉(zhuǎn)化到有限元模型中的節(jié)點(diǎn)和單元上。,下面將載荷轉(zhuǎn)化到節(jié)點(diǎn)和單元上，不進(jìn)行求解: M

5、ain Menu: Solution -Loads-Operate,這些選項(xiàng)出現(xiàn)的信息大致相同,14,兩個數(shù)值 梯度壓力,加載面力載荷,拾取 Line,輸入單值為 均布載荷,15,VALI = 500,VALI = 500 VALJ = 1000,VALI = 1000 VALJ = 500,L3,1000,500,500,梯度壓力載荷沿起始關(guān)鍵點(diǎn)(I) 線性變化到第二個關(guān)鍵點(diǎn) (J）。,梯度載荷,如果加載后梯度的方向相反, 將兩個壓力數(shù)值顛倒即可。,16,Main Menu: Solution -Loads- Delete,All Load Data 選項(xiàng)可同時刪除模型中的任一類載荷。,刪除

6、載荷,17,當(dāng)刪除實(shí)體模型時, ANSYS 將自動刪除其上所有的載荷,刪除線上的均布壓力,自動刪除以線為邊界的各單元均布壓力,刪除載荷,18,兩關(guān)鍵點(diǎn)的擴(kuò)展位移約束載荷例外：,刪除兩點(diǎn)的約束,只刪除了兩角點(diǎn)(CORNER )約束，而加載時擴(kuò)展的 ( inside ) 節(jié)點(diǎn)約束必須手工刪除.,刪除載荷,19,第 2 課 求 解,10.4 求解,22,求解,求解結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中并輸出到結(jié)果文件 (Jobname.RST, Jobname.RTH, Jobname.RMG, or Jobname.RFL),結(jié)果文件,結(jié)果數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫,求解器,結(jié)果,輸入數(shù)據(jù),23,求解時模型是否準(zhǔn)備就緒?,在求解初

7、始化前，應(yīng)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)檢查，包括下面內(nèi)容: 統(tǒng)一的單位 單元類型和選項(xiàng) 材料性質(zhì)參數(shù) 考慮慣性時應(yīng)輸入材料密度 熱應(yīng)力分析時應(yīng)輸入材料的熱膨脹系數(shù) 實(shí)常數(shù) (單元特性) 單元實(shí)常數(shù)和材料類型的設(shè)置 實(shí)體模型的質(zhì)量特性 (Preprocessor Operate Calc Geom Items) 模型中不應(yīng)存在的縫隙 殼單元的法向 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系 集中、體積載荷 面力方向 溫度場的分布和范圍 熱膨脹分析的參考溫度 (與 ALPX 材料特性協(xié)調(diào)?),24,求解過程: 1. 求解前保存數(shù)據(jù)庫 2. 將Output 窗口提到最前面觀看求解信息 3. Main Menu: Solution -Solve-C

8、urrent LS.,進(jìn)行求解,Objective,描述求解過程,在求解過程中，應(yīng)將OUTPUT窗口提到最前面。 ANSYS 求解過程中的一系列信息都將顯示在此窗口中，主要信息包括: 模型的質(zhì)量特性- 模型質(zhì)量是精確的 - 質(zhì)心和 質(zhì)量矩的值有一定誤差。 單元矩陣系數(shù) - 當(dāng)單元矩陣系數(shù)最大/最小值的比率 1.0E8 時將預(yù)示模型中的材料性質(zhì)、實(shí)常數(shù)或幾何模型可能存在問題。當(dāng)比值過高時，求解可能中途退出。 模型尺寸和求解統(tǒng)計(jì)信息。 匯總文件和大小。,沒有獲得結(jié)果的原因是什么? 往往是求解輸入的模型不完整或存在錯誤，典型原因有: 約束不夠! (通常出現(xiàn)的問題)。 當(dāng)模型中有非線性單元 (如縫隙

9、gaps、滑塊sliders、鉸hinges、索cables等），整體或部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)崩潰或“松脫”。 材料性質(zhì)參數(shù)有負(fù)值, 如密度或瞬態(tài)熱分析時的比熱值。 未約束鉸接結(jié)構(gòu)，如兩個水平運(yùn)動的梁單元在豎直方向沒有約束。 屈曲 - 當(dāng)應(yīng)力剛化效應(yīng)為負(fù)（壓）時，在載荷作用下整個結(jié)構(gòu)剛度弱化。如果剛度減小到零或更小時，求解存在奇異性，因?yàn)檎麄€結(jié)構(gòu)已發(fā)生屈曲。,27,ANSYS的后處理,1 通用后處理：post12 時間歷程后處理：post26,28,1 通用后處理,結(jié)果的繪圖和列表(續(xù)),靜力分析結(jié)果后處理的步驟主要包括: 1.繪變形圖 2.變形動畫 3.支反力列表 4.應(yīng)力等值線圖 5.網(wǎng)格密度檢查,

10、介紹靜力分析結(jié)果后處理的五個步驟,繪變形圖,繪出結(jié)構(gòu)在靜力作用下的變形結(jié)果: Main Menu: General Postprocessor Plot Results Deformed Shape.,變形動畫,以動畫方式模擬結(jié)構(gòu)在靜力作用下的變形過程: Utility Menu: PlotCtrls Animate Deformed Shape.,支反力,在任一方向，支反力總和必等于在此方向的載荷總和。 節(jié)點(diǎn)反力列表: Main Menu: General Postprocessor List Results Reaction Solution.,應(yīng)力等值線,應(yīng)力等值線方法可清晰描述一種結(jié)果在整個模型中的變化，可以快速確定模型中的 “危險區(qū)域”。 顯示應(yīng)力等值線 : Main Menu: General Postprocessor Plot Results -Contour Plot- Nodal Solution.,應(yīng)力等值線動畫,結(jié)果動畫 : Utility Menu: PlotCtrls Animate Deformed Results,關(guān)于PowerGraph